Usando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), un equipo internacional de astrónomos liderado por la Universidad de Cambridge observó una galaxia muy joven en el universo temprano y descubrió que contenía cantidades sorprendentes de carbono, una de las semillas de la vida tal como la conocemos.

En astronomía, los elementos más pesados que el hidrógeno o el helio se clasifican como metales. El universo muy temprano estaba compuesto casi enteramente de hidrógeno, el más simple de los elementos, con pequeñas cantidades de helio y diminutas cantidades de litio.

Todos los demás elementos que componen el universo que observamos hoy se formaron dentro de una estrella. Cuando las estrellas explotan como supernovas, los elementos que producen se circulan por toda su galaxia anfitriona, sembrando la próxima generación de estrellas. Con cada nueva generación de estrellas y ‘polvo estelar’, se forman más metales, y después de miles de millones de años, el universo evoluciona hasta un punto en el que puede soportar planetas rocosos como la Tierra y vida como la nuestra.

La capacidad de rastrear el origen y la evolución de los metales nos ayudará a entender cómo pasamos de un universo compuesto casi enteramente de solo dos elementos químicos, a la increíble complejidad que vemos hoy.

Se determinó que una de estas galaxias, JADES-GS-z14-0 (mostrada en el extracto), se encontraba a un desplazamiento al rojo de 14,32 (+0,08/-0,20), lo que la convertía en la galaxia más distante conocida hasta el momento. Esto corresponde a menos de 300 millones de años después del Big Bang. En la imagen de fondo, el azul representa la luz a 0,9, 1,15 y 1,5 micras.
Se determinó que una de estas galaxias, JADES-GS-z14-0 (mostrada en el extracto), se encontraba a un desplazamiento al rojo de 14,32 (+0,08/-0,20), lo que la convertía en la galaxia más distante conocida hasta el momento. Esto corresponde a menos de 300 millones de años después del Big Bang. En la imagen de fondo, el azul representa la luz a 0,9, 1,15 y 1,5 micras. Crédito: Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA) / NASA, ESA, CSA, STScI

Las primeras estrellas son el santo grial de la evolución química, dijo el autor principal, el Dr. Francesco D’Eugenio, del Instituto Kavli de Cosmología en Cambridge. Como están hechas solo de elementos primordiales, se comportan de manera muy diferente a las estrellas modernas. Al estudiar cómo y cuándo se formaron los primeros metales dentro de las estrellas, podemos establecer un marco temporal para los primeros pasos en el camino que llevó a la formación de la vida.

El carbono es un elemento fundamental en la evolución del universo, ya que puede formar granos de polvo que se agrupan, eventualmente formando los primeros planetesimales y los primeros planetas. El carbono también es clave para la formación de vida en la Tierra.

Investigaciones anteriores sugerían que el carbono comenzó a formarse en grandes cantidades relativamente tarde, aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, dijo el coautor, el profesor Roberto Maiolino, también del Instituto Kavli. Pero hemos encontrado que el carbono se formó mucho antes, podría ser incluso el metal más antiguo de todos.

El equipo utilizó el JWST para observar una galaxia muy distante, una de las galaxias más distantes observadas hasta ahora, apenas 350 millones de años después del Big Bang, hace más de 13 mil millones de años. Esta galaxia es compacta y de baja masa, aproximadamente 100,000 veces menos masiva que la Vía Láctea.

Es solo un embrión de galaxia cuando la observamos, pero podría evolucionar hasta convertirse en algo bastante grande, del tamaño de la Vía Láctea, dijo D’Eugenio. Pero para una galaxia tan joven, es bastante masiva.

Los investigadores utilizaron el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) del Webb para descomponer la luz proveniente de la joven galaxia en un espectro de colores. Diferentes elementos dejan diferentes huellas químicas en el espectro de la galaxia, lo que permite al equipo determinar su composición química. El análisis de este espectro mostró una detección confiable de carbono y detecciones tentativas de oxígeno y neón, aunque se requerirán más observaciones para confirmar la presencia de estos otros elementos.

Nos sorprendió ver carbono tan temprano en el universo, ya que se pensaba que las primeras estrellas producían mucho más oxígeno que carbono, dijo Maiolino. Pensábamos que el carbono se enriquecía mucho más tarde, a través de procesos completamente diferentes, pero el hecho de que aparezca tan temprano nos dice que las primeras estrellas pueden haber operado de manera muy diferente.

Según algunos modelos, cuando las primeras estrellas explotaron como supernovas, pudieron haber liberado menos energía de lo inicialmente esperado. En este caso, el carbono, que estaba en la capa exterior de las estrellas y menos ligado gravitacionalmente que el oxígeno, podría haberse escapado más fácilmente y haberse dispersado por toda la galaxia, mientras que una gran cantidad de oxígeno cayó de nuevo y colapsó en un agujero negro.

Estas observaciones nos dicen que el carbono puede enriquecerse rápidamente en el universo temprano, dijo D’Eugenio. Y debido a que el carbono es fundamental para la vida tal como la conocemos, no es necesariamente cierto que la vida deba haber evolucionado mucho más tarde en el universo. Quizás la vida surgió mucho antes, aunque si hay vida en otra parte del universo, podría haber evolucionado de manera muy diferente a como lo hizo aquí en la Tierra.

Fuentes

University of Cambridge | Francesco D’Eugenio et al. JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang. Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.48550/arXiv.2311.09908

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